一、Multisim在《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

Multisim開放虛擬電子實(shí)驗(yàn)室中提供了大量豐富的虛擬儀器儀表、元件庫，不僅為模電、數(shù)電、模數(shù)混合電路、單片機(jī)電路等提供了立體化設(shè)計(jì)平臺(tái)，更具有強(qiáng)大的仿真分析功能。學(xué)生可以做到邊設(shè)計(jì)邊仿真實(shí)時(shí)觀察運(yùn)行結(jié)果驗(yàn)證電路的合理、正確性。且排故和修改電路結(jié)構(gòu)、增減元器件等也只需動(dòng)動(dòng)鼠標(biāo)即可，省時(shí)、省力、省材。學(xué)生可以無所顧忌大膽嘗試用不同型號(hào)元器件進(jìn)行不同方案的設(shè)計(jì)。提高設(shè)計(jì)效率同時(shí)激發(fā)了學(xué)生不斷探索創(chuàng)新的精神，設(shè)計(jì)過程充滿了挑戰(zhàn)和樂趣，從而使設(shè)計(jì)過程更加科學(xué)規(guī)范，提高了學(xué)生綜合分析設(shè)計(jì)能力。

二、Multisim在《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)教學(xué)通常按教師根據(jù)不同設(shè)計(jì)題目下達(dá)主要設(shè)計(jì)任務(wù)、學(xué)生收集資料、確定設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)繪制電路圖、電路制作、調(diào)試，最后撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告等步驟進(jìn)行。通常一個(gè)班級(jí)會(huì)有多個(gè)設(shè)計(jì)題目如數(shù)字鐘、交通燈、搶答器等。根據(jù)設(shè)計(jì)題目的不同將學(xué)生分為不同組，整個(gè)教學(xué)中以學(xué)生自主設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)為主，以教師給予一定的理論知識(shí)與技能輔導(dǎo)為輔。Multisim主要應(yīng)用在課程設(shè)計(jì)教師教學(xué)輔導(dǎo)和學(xué)生學(xué)習(xí)兩方面。

(一)Multisim應(yīng)用在課程設(shè)計(jì)教師教學(xué)輔導(dǎo)中

主要體現(xiàn)集中教學(xué)輔導(dǎo)和按課題不同分組教學(xué)輔導(dǎo)。集中教學(xué)輔導(dǎo)中教師可以通過某個(gè)電路仿真設(shè)計(jì)案例的動(dòng)態(tài)演示向?qū)W生講解電子產(chǎn)品電路的常規(guī)設(shè)計(jì)方法、電路設(shè)計(jì)過程及規(guī)范繪制電路圖的方法并使學(xué)生掌握對(duì)Multisim軟件的使用方法等。按課題不同分組教學(xué)輔導(dǎo)主要針對(duì)不同課題組學(xué)生對(duì)指定課題進(jìn)行小組或個(gè)別教學(xué)輔導(dǎo)。通過對(duì)相關(guān)電路仿真案例演示，明確設(shè)計(jì)任務(wù)要求并向?qū)W生講解單元電路功能原理和總電路結(jié)構(gòu)原理、設(shè)計(jì)思路和方法，以便為學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)提供幫助與參考，使學(xué)生對(duì)要設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品有系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)。分組教學(xué)環(huán)境相對(duì)開放與放松，教師可以面對(duì)面對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)。利用Multisim講解單元電路時(shí)，要突出電路的主要功能原理分析，不用象在課堂教學(xué)中講得那么詳細(xì)，否則容易束縛學(xué)生的思維，應(yīng)給學(xué)生留有充分想象、思考和拓展的空間，使其具有舉一反三的能力，教師可以提供參考性的建議。

(二)Multisim應(yīng)用在學(xué)生電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過程中

主要體現(xiàn)學(xué)生在掌握電路原理的基礎(chǔ)上能學(xué)習(xí)和熟練使用Multisim軟件并將其應(yīng)用到整個(gè)電路設(shè)計(jì)中，電路設(shè)計(jì)過程嚴(yán)格要求學(xué)生在仿真環(huán)境下完成對(duì)單元電路、總電路的設(shè)計(jì)與繪制，并會(huì)利用虛擬儀器進(jìn)行仿真測(cè)量、排故、調(diào)試，實(shí)時(shí)驗(yàn)證運(yùn)行結(jié)果。最后，要求學(xué)生將最終調(diào)試好的電路設(shè)計(jì)圖、測(cè)量數(shù)據(jù)都要記入課程設(shè)計(jì)報(bào)告中。

(三)Multisim在數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用舉例

數(shù)字鐘電路是課程設(shè)計(jì)中常用的典型題目，教師可以提供預(yù)先準(zhǔn)備的簡單數(shù)字鐘電路仿真實(shí)例為參考，為學(xué)生講解各單元電路和總電路的設(shè)計(jì)過程，使學(xué)生對(duì)電路的基本功能結(jié)構(gòu)框架有初步的了解和認(rèn)識(shí)。以24小時(shí)制六位數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)為例。

1．設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)一個(gè)24小時(shí)制并顯示時(shí)、分、秒的六位數(shù)字鐘。可以分別對(duì)時(shí)、分進(jìn)行校時(shí)且具有整點(diǎn)報(bào)警功能。

2．任務(wù)分析

數(shù)字鐘電路主要由秒脈沖產(chǎn)生電路、時(shí)分秒計(jì)數(shù)電路、顯示電路、校時(shí)電路和整點(diǎn)報(bào)警等單元電路構(gòu)成。其中時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制，分、秒計(jì)數(shù)器都為60進(jìn)制，校時(shí)電路采用自動(dòng)校時(shí)法。整點(diǎn)報(bào)警電路可采用蜂鳴器發(fā)聲達(dá)到報(bào)警功能。

3．單元電路的設(shè)計(jì)與仿真

(1)1HZ秒脈沖電路的設(shè)計(jì)與仿真

秒脈沖電路主要為數(shù)字鐘的秒計(jì)數(shù)電路提供頻率為1HZ的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，其精確度和穩(wěn)定性直接決定著數(shù)字鐘的走時(shí)精度。本設(shè)計(jì)簡單采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器實(shí)現(xiàn)，通過計(jì)算其ＲC的參數(shù)使其輸出1HZ脈沖。根據(jù)該振蕩器的輸出脈沖的周期計(jì)算公式T=0．7(Ｒ1+2Ｒ2)C1，若T=1S，令Ｒ1=39KΩ，Ｒ2=52KΩ，C1=10μF使電路輸出1HZ秒脈沖。由于頻率低，此款電路穩(wěn)定性和精度不高，若精度要求高可以采用32768HZ石英晶體振蕩器經(jīng)分頻電路獲得秒脈沖，也可以用555定時(shí)器產(chǎn)生1KHZ再經(jīng)分頻電路獲得秒脈沖。由于虛擬環(huán)境中的秒信號(hào)要比現(xiàn)實(shí)生活中1S信號(hào)要慢得很多，因此為調(diào)試方便以下虛擬過程中都直接用脈沖電源代替秒信號(hào)電路。

(2)時(shí)分秒計(jì)數(shù)、顯示電路設(shè)計(jì)與仿真

時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)電路各采用兩片74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)構(gòu)成。時(shí)計(jì)數(shù)器采用兩片74LS160級(jí)聯(lián)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)十位利用置數(shù)法接成三進(jìn)制(0－2)，當(dāng)十位顯示2時(shí)將個(gè)位變成四進(jìn)制計(jì)數(shù)器使時(shí)個(gè)位只顯示0－3。這樣時(shí)計(jì)數(shù)器在分計(jì)數(shù)器提供的時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)下即可在00時(shí)－23時(shí)之間循環(huán)計(jì)數(shù)(如圖2所示)。分、秒計(jì)數(shù)電路原理相同，將兩片74LS160接成60進(jìn)制即十位接成六進(jìn)制(0－5)，且采用置數(shù)法使計(jì)數(shù)器回到初始計(jì)數(shù)狀態(tài)。個(gè)位為十進(jìn)制(0－9)，個(gè)位的進(jìn)位輸出端作為十位的時(shí)鐘脈沖端。顯示電路設(shè)計(jì)中采用四管腳的虛擬LED七段數(shù)碼管，其將七段顯示譯碼器功能與實(shí)際的七段數(shù)碼管顯示功能集成在一起，直接輸入四位二進(jìn)制數(shù)完成數(shù)碼顯示。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可以用七段譯碼器驅(qū)動(dòng)普通七段數(shù)碼管顯示。

(3)時(shí)、分校時(shí)電路的設(shè)計(jì)與仿真

時(shí)、分采用相同的校時(shí)電路，本設(shè)計(jì)中采用機(jī)械開關(guān)與ＲS觸發(fā)器構(gòu)成快速自動(dòng)校時(shí)電路，可以分別對(duì)時(shí)、分計(jì)數(shù)電路快速自動(dòng)校時(shí)，分自動(dòng)校時(shí)電路。本設(shè)計(jì)通過機(jī)械開關(guān)S在1HZ秒脈沖信號(hào)和秒計(jì)數(shù)電路提供的時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)間實(shí)現(xiàn)切換輸出至分個(gè)位CP時(shí)鐘脈沖端，實(shí)現(xiàn)快速自動(dòng)較時(shí)。由于機(jī)械開關(guān)在動(dòng)作瞬間往往會(huì)發(fā)生抖動(dòng)使輸入信號(hào)產(chǎn)生“毛刺”干擾信號(hào)導(dǎo)致電路工作出錯(cuò)，因此，運(yùn)用基本ＲS觸發(fā)器存儲(chǔ)記憶功能構(gòu)成“防抖動(dòng)”電路，無論開關(guān)如何動(dòng)作，觸發(fā)器的輸出端均沒有抖動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)開關(guān)S撥向A，觸發(fā)器為1態(tài)(U1輸出1，U2輸出0)，將來自1HZ秒脈沖信號(hào)輸出至分個(gè)位CP端同時(shí)，阻斷來自秒計(jì)數(shù)器時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)快速校時(shí)功能。當(dāng)開關(guān)S撥向B，觸發(fā)器為0態(tài)(U1輸出0，U2輸出1)，將來自秒計(jì)數(shù)器時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)輸出至分個(gè)位CP端，同時(shí)阻斷來自1HZ秒脈沖信號(hào)，恢復(fù)正常運(yùn)行。

(4)整點(diǎn)報(bào)警電路

本設(shè)計(jì)整點(diǎn)報(bào)警電路是通過蜂鳴器發(fā)聲來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)分顯示00時(shí)蜂鳴器開始鳴叫且只從00分4．?dāng)?shù)字鐘總電路圖設(shè)計(jì)仿真數(shù)字鐘總電路設(shè)計(jì)仿真電路即將上述各單元模塊電路合理組合連線設(shè)計(jì)而成。可以進(jìn)行整體電路的調(diào)試與仿真運(yùn)行，檢測(cè)各單元電路功能運(yùn)行效果是否正常。單元電路講解時(shí)，教師可以對(duì)不同進(jìn)制數(shù)(24小時(shí)制或12小時(shí)制)、校時(shí)方式、整點(diǎn)報(bào)警方式或采用元器件型號(hào)等對(duì)每個(gè)學(xué)生提出不同的功能設(shè)計(jì)任務(wù)要求;校時(shí)電路還可以嘗試手動(dòng)校時(shí);整點(diǎn)報(bào)警電路可以采用發(fā)光管發(fā)光等不同電路實(shí)現(xiàn)不同的報(bào)警方式，使學(xué)生在掌握基本功能設(shè)計(jì)原理基礎(chǔ)上還具有對(duì)電路功能的拓展創(chuàng)新能力。總電路設(shè)計(jì)中教師重點(diǎn)講解電路組成結(jié)構(gòu)和各模塊間連接方法，特別是時(shí)分秒計(jì)數(shù)電路間的級(jí)聯(lián)方法，通過對(duì)總電路運(yùn)行、調(diào)試演示電路的運(yùn)行效果，使學(xué)生對(duì)所設(shè)計(jì)的題目有系統(tǒng)性的感性認(rèn)識(shí)。

作者：王琰 單位：連云港廣播電視大學(xué)信息工程系